Vsebina
- Formula potencialne energije za gravitacijsko polje Zemlje
- Elastična potencialna energija
- Električni potencial ali napetost
Potencialna energija zveni kot njena preprosto energija, ki se ni aktivirala, in tako razmišljanje o njej lahko zateče, če verjameš, da ni resnično. Vendar stojte pod varnim visečim 30 čevljem nad tlemi in vaše mnenje se lahko spremeni. Sef ima potencialno energijo zaradi sile gravitacije, in če bi nekdo prerezal vrv, ki jo drži, bi se ta energija spremenila v kinetično energijo, in do trenutka, ko bo varen dosegel vas, bi imel dovolj "aktualizirane" energije, da bi dala ti cepi glavobol.
Boljša opredelitev potencialne energije je shranjena energija in za shranjevanje energije je potrebno "delo". Fizika ima specifično definicijo dela - delo se izvaja, ko sila premika predmet na daljavo. Delo je povezano z energijo. Izmerjeno je v džulih v sistemu SI., Ki so tudi enote potencialne in kinetične energije. Če želite delo pretvoriti v potencialno energijo, morate delovati proti določeni vrsti sile in obstaja več. Sila je lahko gravitacija, vzmet ali električno polje. Karakteristike sile določajo količino potencialne energije, ki jo shranite, če delate proti njej.
Formula potencialne energije za gravitacijsko polje Zemlje
Način delovanja gravitacije je, da se dve telesi privlačita, a vse na zemlji je v primerjavi s samim planetom tako majhno, da je pomembno samo gravitacijsko polje zemlje. Če dvignete telo (m) nad tlemi telo doživi silo, ki se nagiba k temu, da pospeši proti tlom. Velikost sile (F), iz zakona o Newtonu 2. zakon, podaja F = mg, kje g je pospešek zaradi gravitacije, ki je stalnica povsod na Zemlji.
Recimo, da telo dvignete v višino h. Obseg dela, ki ga opravite za to, je sila × razdalja ali mgh. To delo se shrani kot potencialna energija, zato je enačba potencialne energije za zemeljsko gravitacijsko polje preprosto:
Gravitacijska potencialna energija = mgh
Elastična potencialna energija
Vzmeti, gumijasti trakovi in drugi elastični materiali lahko shranijo energijo, kar je v bistvu tisto, kar počnete, ko lok povlečete tik pred strelom. Ko izvlečete ali stisnete vzmet, deluje nasprotna sila, ki vzpostavi vzmet v ravnotežni položaj. Velikost sile je sorazmerna z razdaljo, ki jo raztegnete ali stisnete (x). Konstanta sorazmernosti (k) je značilno za pomlad. Po zakonu Hookes je dr. F = −kx. Znak minus označuje obnovitveno silo vzmeti, ki deluje v nasprotni smeri od tiste, ki jo raztegne ali stisne.
Za izračun potencialne energije, shranjene v elastičnem materialu, morate upoštevati, da se sila poveča kot x povečuje. Za neskončno majhno razdaljo pa je F konstanta. S seštevanjem sil vseh neskončno majhnih razdalj med 0 (ravnotežje) in končnim podaljškom ali stiskanjem x, lahko izračunate opravljeno delo in shranjeno energijo. Ta postopek seštevanja je matematična tehnika, imenovana integracija. Proizvaja formulo potencialne energije za elastičen material:
Potencialna energija = kx2/2
kje x je podaljšek in k je konstantna vzmet.
Električni potencial ali napetost
Razmislite o premikanju pozitivnega naboja q znotraj električnega polja, ki ga ustvarja večji pozitivni naboj V. Zaradi električnih odbojnih sil je potrebno premakniti manjši naboj bližje velikemu. Po Coulombsovem zakonu je sila med naboji na kateri koli točki kqQ/r2, kje r je razdalja med njimi. V tem primeru, k je Coulombs konstanta, ne vzmetna konstanta. Fiziki oboje označujejo s k. Potencialno energijo izračunate tako, da upoštevate delo, potrebno za selitev q od neskončno daleč od V na njegovo razdaljo r. Tako dobimo enačbo električne potencialne energije:
Električna potencialna energija = kqQ/r
Električni potencial je nekoliko drugačen. Količino energije, shranjeno na enoto naboja, in napetost, znano kot napetost, merimo v voltih (džuli / kulomb). Enačba za električni potencial ali napetost, ki jo ustvarja naboj V na daljavo r je:
Električni potencial = kQ/r